Ель сибирская — крупное дерево с узкопирамидальной или пирамидальной кроной, в свободном стоянии начинающейся от основания ствола. Некоторые деревья достигают 30 м в высоту, диаметр ствола крупных деревьев достигает 70 см. Рост деревьев в высоту меняется с возрастом и напрямую зависит от освещённости.
Хвоя у сибирской ели короче, чем у европейской, и колючая, шишки намного меньше, семена созревают к концу сентября в год опыления и не всегда уходят от ранних сентябрьских заморозков. Опылённые молодые шишки прямостоячие, как у пихт, но в отличие от последних, по мере созревания, обвисают[2].
Семена тёмно-бурые, около 4 мм длины, с крылышками длиной 10–12 мм. Цветёт в мае–июне продолжительностью 10–15 дней. Шишки созревают в сентябре. В стадию плодоношения дерево вступает с 15—50 лет в зависимости от местоположения. Урожайные годы повторяются с интервалом три–пять лет, в промежутках между ними ель семян практически не даёт[3].
От морфологически близкого вида — ели корейской (Picea koraiensis) — ель сибирская отличается более мелкими шишками, не сизоватым оттенком хвои и опушёнными молодыми побегами[5].
Дико произрастает от районов северной Европы до Магаданской области[6], один из главных видов-лесообразователей Сибири. В пределах России растёт на севере и востоке её Европейской части, на Урале, в Западной и Восточной Сибири, а также в ряде районов Дальнего Востока. Имеется на северо-востоке Фенноскандии (на крайнем северо-востоке Норвегии и Швеции, в северной части Финляндии, а в российской Фенноскандии — в Мурманской области, а также на севере, востоке и в центральной части республики Карелия). Кроме Норвегии, Швеции и Финляндии, за пределами России произрастает в восточном Казахстане, на севере Монголии, в Китае (Северная Маньчжурия)[7]. Наиболее северный из всех известных видов рода Ель. По некоторым сведениям, в районе реки Хатанги на Таймыре граница ареала ели сибирской достигает 72°15’ с.ш.[8][9]. По другим данным, самая северная достоверная находка ели — 71°22’ с.ш., близ устья р. Томпоко, также на Таймыре[10].
На севере-востоке Европы гибридизирует с близкородственной елью обыкновенной (Picea abies), образуя ряд переходных форм, известных под общим названием Ель финская (Picea × fennica)[11]. Поэтому западную границу ареала точно установить невозможно.